L’analyse comparative des moteurs W20V32 révèle des disparités significatives dans les performances en fonction de la qualité du combustible. Ces résultats, issus de l’étude à la centrale électrique de Farcha, soulignent l’importance cruciale d’une optimisation adéquate pour garantir efficacité et durabilité environnementale.
CHAPITRE III : RESULTATS
Dans ce chapitre, les résultats de notre travail sont détaillés afin de mettre en valeur les objectifs fixés. Nous avons entre autres les résultats des caractéristiques du LFO fournit par la SRN, les indicateurs de performances prévus par Wärtsilä et l’optimisation du séparateur de la centrale.
Données de la Société de Raffinage de N’Djaména
Les résultats qui sont dans le tableau 7 ci-après sont issues de la société de raffinage de N’Djamena dont le laboratoire central est certifié selon les normes du système de vérification de la qualité ISO9001. Le Constructeur de la centrale électrique SNE de Farcha a fixé certaines spécifications pour le combustible que les moteurs W20V32 doivent utilisés. Il est important de veiller à ce que la quantité de carburant reçue soit conforme à la consommation et que la qualité du carburant réponde aux spécifications exigées. Il est recommandé de prendre des échantillons du nouveau carburant et de le faire analyser avant l’emploi.
Tableau 7 : Données de la qualité du LFO fournies par la SRN à la centrale de Farcha (Source : service d’exploitation de la centrale SNE 04/03/2020)
Paramètres | Unité | Indice Qualité | Résultats | Méthode |
Aspect | _ | Qualifié | Qualifié | Observation visuelle |
Point Eclair | °C | 55 min | 66 | ASTM D93 |
Distillation 50% Température Distillation 90% Température Distillation 95% Température Distillation | °C °C °C | 300 Max 259 Max Report | 280 353 367 | ASTM D86 |
Viscosité Cinématique (20°C) | mm2/s | 3,0-8,0 | 4,822 | ASTM D445 |
Teneur en cendres | % massse | 0,01 Max | 0,0037 | ASTM D482 |
Teneur en Soufre | % massse | 0,2 Max | 0,0195 | ASTM D7039 |
Corrosion à la lame de Cuivre (50°C, 3H) | Grade | 1 Max | 1b | ASTM D130 |
Indice de cétane | _ | 45 Min | 49 | ASTM D976 |
Point d’écoulement | °C | 25 Max | 9 | ASTM D2500 |
Teneur en Résidu carbone 10% | % massse | 0,3 Max | 0,045 | ASTM D189 |
Densité (15°C) | kg/m3 | 820-880 | 853,4 | ASTM D4052 |
Couleur | _ | 3,0 Max | 0,4 | ASTM D1500 |
Les indicateurs de performance
La consommation spécifique
La consommation spécifique du fuel CSP ou SFC (Specific Fuel Consumption) est la quantité de combustible mise en jeu pour produire 1 kW. Elle est l’indice principal permettant d’optimiser la performance des moteurs thermiques à combustion interne. Elle est l’inverse du rendement, plus le rendement est élevé, moins il faut de carburant pour produire 1 kWh (Wärtsilä, 2011).
CSP = 𝐦 𝐱 𝟑𝟔𝟎𝟎 = 𝟑 𝟔𝟎𝟎 𝟎𝟎𝟎 = 𝐐𝐮𝐚𝐧𝐭𝐢𝐭é 𝐝𝐞 𝐟𝐮𝐞𝐥 𝐜𝐨𝐧𝐬. 𝐱 𝟖𝟓𝟎 (1) (Merabet A., 2016)
𝐏𝐞𝐟𝐟
𝐏𝐞𝐟𝐟
𝐄𝐧𝐞𝐫𝐠𝐢𝐞 𝐏𝐫𝐨𝐝𝐮𝐢𝐭𝐞
Avec CSp en g/kWh, PCI en kJ/kg et m la quantité de carburant.
Pour notre étude nous avons prélevé les données de deux (2) moteurs de la centrale de Farcha pour mieux évaluer l’impact de la qualité du gasoil sur leurs fonctionnements. Il s’agit des moteurs 1 représenté par G1 et le moteur 7 noté G7 selon le tableau 8 ci-dessous :
Tableau 8: Les données de G1 et G7 de Janvier à Mars 2020 (Source : Service d’exploitation)
Mois | Heure de marche (h) | Energie produite (kWh) | Consommation Gasoil (L) | CSp (g/kWh) |
MOTEUR 1 (G1) | ||||
Janvier 2020 | 129 | 814266 | 211545 | 220,82 |
Février 2020 | 239 | 1522080 | 396050 | 221,17 |
Mars 2020 | 539 | 3841421 | 997955 | 220,81 |
TOTAL | 907 | 6 177 767 | 1 605 550 | 220,90 |
MOTEUR 7 (G7) | ||||
Janvier 2020 | 0 (Maintenance) | 0(Maintenance) | 0(Maintenance) | 0(Maintenance) |
Février 2020 | 501 | 3 362 434 | 812 561 | 205,41 |
Mars 2020 | 708 | 5 229 721 | 1 267 398 | 206,00 |
TOTAL | 1209 | 8 592 155 | 2 079 959 | 205,70 |
Facteur de charge
Le facteur de charge d’une centrale électrique correspond au rapport entre énergie effectivement produite durant un laps temps donné et l’énergie qu’elle aurait pu générer à sa puissance nominale pendant la même période. Ce paramètre est exprimé en pourcentage, et ne peut dépasser 100% (valeur consignée doit être supérieure ou égale à 75%). Plus la valeur est importante plus la production électrique est efficace (Azinamangsou, 2015).
é𝒏𝒆𝒓𝒈𝒊𝒆 𝒆𝒇𝒇𝒆𝒄𝒕𝒊𝒗𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒊𝒕𝒆
𝑭𝒄𝒉 = 𝒆𝒏 % (𝟐)
𝒑𝒖𝒊𝒔𝒔𝒂𝒏𝒄𝒆 𝒏𝒐𝒎𝒊𝒏𝒂𝒍𝒆 ∗ 𝒑é𝒓𝒊𝒐𝒅𝒆 𝒇𝒐𝒏𝒄𝒕𝒊𝒐𝒏𝒏𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕
Dans le tableau 9 ci-après, nous avons les résultats de différents facteurs de charge des moteurs G1 et G7.
Tableau 9 : Les facteurs de charge de G1 et G7 de Janvier à Mars 2020
Moteurs | Mois | Heure de marche (h) | Energie produite (kWh) | Puissance Nominale (kWh) | Facteur de charge (%) |
G1 | janv-2020 | 129 | 814 266 | 8777 | 71 |
févr-2020 | 239 | 1 522 080 | 8777 | 72 | |
mars-2020 | 539 | 3 841 421 | 8777 | 81 | |
G7 | janv-2020 | 0 | 0 | 8777 | 0 |
févr-2020 | 501 | 3 362 434 | 8777 | 76 | |
mars-2020 | 708 | 5 229 721 | 8777 | 84 |
Ces différents résultats seront amplement interprétés dans le chapitre « Interprétation et discussion ». L’étape suivante stipulera les valeurs des pressions maximales obtenues.
Mesure de la pression maximale
L’analyse des données relatives à l’étanchéité et à la pression maximale permet d’évaluer la performance de certaines pièces. Ces données (P°max et cran crémaillère) sont mesurées par des appareils que nous avons énumérés dans la partie « Matériel ». Cependant, la mesure de l’étanchéité n’a pas été faite, ceci est justifiée par la défectuosité du manomètre. Les données des pressions maximales et crans crémaillères du moteur G1 sont énumérées dans le tableau ci- dessous.
Tableau 10 : Données des pressions maximales et crans crémaillères dans les chambres de combustion de G1. (Source : Service Mécanique)
Heure de marche : 34230 heures
Cran de charge : 9 et Charge : 8209 kW
N° Cylindre | P° max (bar) | Cran crémaillère (mm) | T (°C) | |||
A | B | A | B | A | B | |
1 | 130,9 | 161,9 | 47 | 46 | 436 | 434 |
2 | 153,8 | 161,7 | 50 | 50 | 412 | 432 |
3 | 150,1 | 155,7 | 47 | 49 | 410 | 463 |
4 | 160,6 | 163,1 | 47 | 45 | 458 | 448 |
5 | 162,9 | 152,2 | 41 | 45 | 417 | 413 |
6 | 140,1 | 170,3 | 44 | 44 | 426 | 445 |
7 | 161,0 | 144,4 | 47 | 50 | 424 | 381 |
8 | 146,7 | 159,7 | 50 | 45 | 402 | 430 |
9 | 153,1 | 146,7 | 48 | 46 | 411 | 394 |
10 | 159,7 | 161,9 | 44 | 42 | 463 | 458 |
Moyenne | 151,8 | 157,7 | 46,5 | 46,2 | ||
NB : 𝒙 ∈ [−𝟓 ; 𝟓] bon paramètre
𝒙 ∉ ]−5; 5[ défaut sur le paramètre (valeurs en rouge)
Les résultats des pressions maximales et crans crémaillères de G7 sont dans le tableau 11 ci- après.
Tableau 11 : Données des pressions maximales et crans crémaillères dans les chambres de combustion de G7. (Source : Service Mécanique)
Heure de marche : 32 485 heures Cran de charge : 7,5
Charge : 8297 kW
N° Cylindre | P° max (bar) | Cran crémaillère (mm) | T (°C) | |||
A | B | A | B | A | B | |
1 | 150,5 | 158,2 | 38 | 40 | 390 | 432 |
2 | 154,7 | 159,2 | 38 | 40 | 374 | 391 |
3 | 157,6 | 164,1 | 38 | 40 | 407 | 419 |
4 | 155,6 | 162,6 | 38 | 38 | 412 | 435 |
5 | 153,5 | 157,1 | 39 | 39 | 397 | 427 |
6 | 154,9 | 156,0 | 38 | 39 | 387 | 420 |
7 | 166,4 | 157,1 | 39 | 41 | 406 | 449 |
8 | 158,7 | 150,0 | 39 | 40 | 400 | 421 |
9 | 153,1 | 152,2 | 40 | 40 | 386 | 401 |
10 | 159,7 | 158,9 | 37 | 38 | 417 | 431 |
Moyenne | 156,47 | 157,54 | 38,4 | 39,5 | ||
NB : 𝒙 ∈ [−𝟓 ; 𝟓] bon paramètre
𝒙 ∉ ]−5; 5[ défaut sur le paramètre (valeurs en rouge)
Optimisation du séparateur
Pendant notre stage, cet appareil de traitement très important était en panne, cependant nous avons choisi d’optimiser le travail fait précédemment dans ce cadre par Abdelaziz (2015). Ce travail orienté sur l’évaluation du réservoir à boue est décrit ci-dessous.
Dimensionnement de la caisse à boue :
L’évaluation de la caisse à boue par l’unité de mesure de longueur qui est le mètre, la caisse à boue est de la forme ci-après :
[6_analyse-comparative-des-moteurs-w20v32-performance-et-efficacite_14]
Figure 12 : Réservoir à boue (Abdelaziz, 2015)
Calcul du volume du réservoir à boue :
𝑉1 = 𝐿 x 𝑙 x h (3)
AN: V1 = 4,3 x 0,56 x 0,2 V1 = 0,4816 m3
V1 = 0,4816 m3
Et 𝑉2 = 𝑉1 / 2 (4)
AN : V2 = 0,4816 / 2 𝑉2 = 0,2408 𝑚3
𝑉2 = 0,2408 𝑚3
Pour rendre fiable cette étude il faut déterminer le volume total du réservoir Vr tel que :
𝑉𝑟 = 𝑉1 + 𝑉2 (5)
AN: Vr = 0,4816 + 0,2416 Vr = 0,7224 m3
Vr = 0,7224 m3
Après avoir évalué le réservoir à boue, le séparateur a été mis en service pendant un temps jusqu’à ce que le réservoir à boue se remplisse, le temps d’essai est de 4h30 mn. Le volume calculé ci-dessus représente le volume des impuretés solides et de l’eau évacués lors de la chasse dans la caisse à boue.
Calcul du débit du fluide :
Le débit du LFO traité est de 𝑸 = 4,1 𝑚3/h, ce qui donne une quantité du LFO traité de 4,1 m3
en une heure. Donc la quantité de LFO traité en 4h30 𝑚𝑛 𝑜𝑢 4,5 h𝑒𝑢𝑟𝑒 est de :
V= Q x t (6)
V = 4,1 x 4,5
V = 18,45 m3
Pendant le traitement (en 4h30 mn), il y a eu une perte de 𝟎,𝟕𝟐𝟐𝟒 𝒎𝟑 dans le réservoir à boue. En réalité, il y a eu aussi une quantité d’eau de manœuvre dans le réservoir. Cette quantité est évaluée à environ 𝟎,𝟎𝟐𝟐 𝒎𝟑. En retranchant cette quantité d’eau, la perte réelle sera de 𝟎,𝟕
𝒎𝟑.
En considérant la perte, nous retrouvons la quantité du carburant sal envoyé vers le séparateur pendant ce temps d’essai. Cette quantité est de : 𝟏𝟗,𝟏𝟓 𝒎𝟑.
Le taux de rendement général (TRG) :
𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒕é 𝒅𝒖 𝒇𝒍𝒖𝒊𝒅𝒆 𝒕𝒓𝒂𝒊𝒕é
𝑻𝑹𝑮 =
𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒊𝒕é 𝒅𝒖 𝒇𝒍𝒖𝒊𝒅𝒆 𝒏𝒐𝒏 𝒕𝒓𝒂𝒊𝒕é + 𝒑𝒆𝒓𝒕𝒆 18,45
(𝟕)
𝑇𝑅𝐺 =
19,15 + 0,7
𝑻𝑹𝑮 = 𝟗𝟔%
= 0,96
Pour mieux harmoniser cette optimisation, nous avons souhaité répertorier les résultats dans le tableau 12 ci-après.
Tableau 12 : Résultats de l’optimisation du séparateur
Désignation | Quantité | Unité |
LFO non traité en 4,5 heures | 19,15 | m3 |
LFO propre obtenus en 4,5 heures | 18,45 | m3 |
La perte évaluée en 4,5 heures (boue + eau huileuse) | 0,7 | m3 |
Rendement de séparation (TRG) | 96 | % |
En mode fonctionnement normal du G1 avec le séparateur, les résultats font l’objet du tableau
13 ci-dessous.
Tableau 13: Résultats du G1 avec fonctionnement normal du séparateur (source :
Azinanmangsou, 2015).
Mois | Energie produite (kWh) | C. Gasoil (L) | CSP (g/kWh) |
Janvier 2015 | 210 636 | 505 025 | 203 |
Février 2015 | 30 607 | 6 653 | 184 |
Mars 2015 | 1 321 300 | 320 814 | 206 |
Total | 1 562 543 | 832 492 | 197,66 |
Aspect économique | |||
1 L gasoil = 518 FCFA | 832 492 L | ||
Total | 431 230 856 FCFA soit 748 664 $ ou 655 366 € | ||
Pour mieux appréhender cette étude comparative, nous avons dans le tableau 14 ci-après les résultats du moteur G1 en fonctionnement sans séparateur.
Tableau 14 : Résultats de G1 en fonctionnement sans séparateur (Source : Service
d’Exploitation Centrale SNE 2020)
Mois | Energie produite (kWh) | C. Gasoil (L) | CSP (g/kWh) |
Janvier 2020 | 814 266 | 211 545 | 220,82 |
Février 2020 | 1 522 080 | 396 050 | 221,17 |
Mars 2020 | 3 841 421 | 997 955 | 220,81 |
TOTAL | 6 177 767 | 1 605 550 | 220,90 |
Aspect économique | |||
1 L gasoil = 518 FCFA | 1 605 550 L | ||
Total | 831 674 900 FCFA soit 1 443 880 $ ou 1 263 943 € | ||
Les résultats ci-haut obtenus seront interprétés et discutés en détail dans le prochain chapitre.
Questions Fréquemment Posées
Quelle est l’importance de la qualité du combustible pour les moteurs W20V32?
Il est important de veiller à ce que la qualité du carburant réponde aux spécifications exigées pour le bon fonctionnement des moteurs W20V32.
Comment la consommation spécifique est-elle calculée pour les moteurs W20V32?
La consommation spécifique du fuel CSP est la quantité de combustible mise en jeu pour produire 1 kW, et elle est calculée à l’aide de la formule CSP = m x 3600.
Quels sont les indicateurs de performance des moteurs W20V32 à la centrale de Farcha?
Les indicateurs de performance incluent la consommation spécifique, le facteur de charge, et les données de qualité du LFO fournies par la SRN.